In de loop van tientallen jaren van ontwikkeling heeft de microprocessor een lange weg afgelegd van een object van toepassing in zeer gespecialiseerde gebieden tot een product van brede exploitatie. Tegenwoordig worden deze apparaten, in een of andere vorm, samen met controllers in bijna elk productiegebied gebruikt. In brede zin zorgt microprocessortechnologie voor controle- en automatiseringsprocessen, maar in deze richting worden nieuwe gebieden voor de ontwikkeling van hightech-apparaten gevormd en goedgekeurd, tot het verschijnen van tekenen van kunstmatige intelligentie.
Algemeen begrip van microprocessors
Beheer of controle van bepaalde processen vereist passende softwareondersteuning op een echte technische basis. In deze hoedanigheid werkt een of een reeks chips op basismatrixkristallen. Voor praktische behoeften worden bijna altijd chipsetmodules gebruikt, dat wil zeggen chipsets die zijn verbonden door een gemeenschappelijk voedingssysteem,signalen, informatieverwerkingsformaten, enzovoort. In de wetenschappelijke interpretatie, zoals opgemerkt in de theoretische grondslagen van microprocessortechnologie, zijn dergelijke apparaten een plaats (hoofdgeheugen) voor het opslaan van operanden en commando's in een gecodeerde vorm. Directe besturing vindt plaats op een hoger niveau, maar ook via geïntegreerde microprocessorschakelingen. Hiervoor worden controllers gebruikt.
Men kan alleen praten over controllers in relatie tot microcomputers of microcomputers bestaande uit microprocessors. Eigenlijk is dit een werktechniek, die in principe in staat is om bepaalde operaties of commando's uit te voeren binnen het kader van een bepaald algoritme. Zoals opgemerkt in het leerboek over microprocessortechnologie van S. N. Liventsov, moet een microcontroller worden opgevat als een computer die is gericht op het uitvoeren van logische bewerkingen als onderdeel van de besturing van apparatuur. Het is gebaseerd op dezelfde schema's, maar met een beperkte rekenkracht. De taak van de microcontroller is in grotere mate om verantwoorde, maar eenvoudige procedures te implementeren zonder complexe circuits. Dergelijke apparaten kunnen echter ook niet technologisch primitief worden genoemd, omdat microcontrollers in moderne industrieën honderden en zelfs duizenden bewerkingen tegelijkertijd kunnen besturen, rekening houdend met de indirecte parameters van hun uitvoering. Over het algemeen is de logische structuur van de microcontroller ontworpen met kracht, veelzijdigheid en betrouwbaarheid in het achterhoofd.
Architectuur
Ontwikkelaars van microprocessor-apparaten hebben te maken met een setfunctionele componenten, die uiteindelijk één werkcomplex vormen. Zelfs een eenvoudig microcomputermodel voorziet in het gebruik van een aantal elementen die ervoor zorgen dat de taken die aan de machine zijn toegewezen, worden uitgevoerd. De manier van interactie tussen deze componenten, evenals de communicatiemiddelen met ingangs- en uitgangssignalen, bepalen grotendeels de architectuur van de microprocessor. Wat betreft het concept zelf van architectuur, het wordt uitgedrukt in verschillende definities. Dit kan een reeks technische, fysieke en operationele parameters zijn, waaronder het aantal geheugenregisters, bitdiepte, snelheid, enzovoort. Maar in overeenstemming met de theoretische grondslagen van microprocessortechnologie, moet architectuur in dit geval worden begrepen als de logische organisatie van functies die worden geïmplementeerd in het proces van onderling verbonden werking van hardware- en software-stuffing. Meer specifiek weerspiegelt de architectuur van de microprocessor het volgende:
- De verzameling fysieke elementen die een microprocessor vormen, evenals de verbindingen tussen zijn functionele blokken.
- Formaten en manieren om informatie te verstrekken.
- Kanalen voor toegang tot structuurmodules die beschikbaar zijn voor gebruik met parameters voor verder gebruik.
- Bewerkingen die een bepaalde microprocessor kan uitvoeren.
- Kenmerken van besturingsopdrachten die het apparaat genereert of ontvangt.
- Reacties op signalen van buitenaf.
Externe interfaces
De microprocessor wordt zelden gezien als een geïsoleerd systeem voorhet uitvoeren van opdrachten van één woord in een statisch formaat. Er zijn apparaten die één signaal volgens een bepaald schema verwerken, maar meestal werkt microprocessortechnologie met een groot aantal communicatieverbindingen van bronnen die zelf niet lineair zijn in termen van verwerkte opdrachten. Om de interactie met apparatuur en gegevensbronnen van derden te organiseren, zijn speciale verbindingsformaten beschikbaar - interfaces. Maar eerst moet je bepalen waarmee precies wordt gecommuniceerd. In de regel werken bestuurde apparaten in deze hoedanigheid, dat wil zeggen dat er een commando naar hen wordt verzonden vanuit de microprocessor en in de feedbackmodus kunnen gegevens over de status van het uitvoerend orgaan worden ontvangen.
Wat betreft externe interfaces, ze dienen niet alleen voor de mogelijkheid van interactie van een bepaald uitvoerend mechanisme, maar ook voor de integratie ervan in de structuur van het besturingscomplex. Met betrekking tot complexe computer- en microprocessortechnologie kan dit een hele reeks hardware- en softwaretools zijn die nauw verwant zijn aan de controller. Bovendien combineren microcontrollers vaak de functies van het verwerken en geven van opdrachten met de taken van communicatie tussen microprocessors en externe apparaten.
Microprocessorspecificaties
De belangrijkste kenmerken van microprocessor-apparaten zijn de volgende:
- Klokfrequentie. Tijdsperiode waarin computercomponenten worden gewisseld.
- Breedte. Het aantal maximaal mogelijke voor gelijktijdige verwerking van binairecijfers.
- Architectuur. Plaatsingsconfiguratie en manieren van interactie van werkende elementen van de microprocessor.
De aard van het operationele proces kan ook worden beoordeeld aan de hand van de criteria van regelmaat met de belangrijkste. In het eerste geval hebben we het over hoe we het principe van regelmatige herhaalbaarheid implementeren in een bepaalde eenheid van computermicroprocessortechnologie. Met andere woorden, wat is het voorwaardelijke percentage links en werkitems die elkaar dupliceren. Regelmaat kan in het algemeen worden toegepast op de structuur van de schemaorganisatie binnen hetzelfde gegevensverwerkingssysteem.
Backbone geeft de methode aan van gegevensuitwisseling tussen de interne modules van het systeem, wat ook van invloed is op de aard van de volgorde van koppelingen. Door de principes van ruggengraat en regelmaat te combineren, is het mogelijk om een strategie te ontwikkelen voor het creëren van microprocessors die zijn verenigd met een bepaalde standaard. Deze benadering heeft het voordeel dat de communicatie-organisatie op verschillende niveaus in termen van interactie via interfaces wordt vergemakkelijkt. Aan de andere kant staat standaardisatie het niet toe om de mogelijkheden van het systeem uit te breiden en de weerstand tegen externe belastingen te vergroten.
Geheugen in microprocessortechnologie
De opslag van informatie wordt georganiseerd met behulp van speciale opslagapparaten gemaakt van halfgeleiders. Dit geldt voor het interne geheugen, maar ook externe optische en magnetische media kunnen worden gebruikt. Ook kunnen gegevensopslagelementen op basis van halfgeleidermaterialen worden weergegeven als geïntegreerde schakelingen, die:opgenomen in de microprocessor. Dergelijke geheugencellen worden niet alleen gebruikt voor het opslaan van programma's, maar ook voor het onderhouden van het geheugen van de centrale processor met controllers.
Als we dieper ingaan op de structurele basis van opslagapparaten, dan komen circuits van metaal, diëlektrische en siliciumhalfgeleiders naar voren. Als diëlektrica worden metaal-, oxide- en halfgeleidercomponenten gebruikt. Het niveau van integratie van het opslagapparaat wordt bepaald door de doelen en kenmerken van de hardware. In digitale microprocessortechnologie met de levering van een videogeheugenfunctie worden ook ruisimmuniteit, stabiliteit, snelheid, enzovoort toegevoegd aan de universele vereisten voor betrouwbare integratie en naleving van elektrische parameters. Bipolaire digitale microschakelingen zijn de optimale oplossing in termen van prestatiecriteria en integratieveelzijdigheid, die, afhankelijk van de huidige taken, ook kunnen worden gebruikt als trigger, processor of omvormer.
Functies
Het scala aan functies is grotendeels gebaseerd op de taken die de microprocessor binnen een bepaald proces zal oplossen. De universele set functies in een gegeneraliseerde versie kan als volgt worden weergegeven:
- Gegevens lezen.
- Gegevensverwerking.
- Uitwisseling van informatie met intern geheugen, modules of extern aangesloten apparaten.
- Gegevens opnemen.
- Gegevens invoer en uitvoer.
De betekenis van elk van de bovenstaandeoperaties wordt bepaald door de context van het algehele systeem waarin het apparaat wordt gebruikt. In het kader van rekenkundig-logische bewerkingen kan bijvoorbeeld elektronische en microprocessortechnologie, als resultaat van het verwerken van invoerinformatie, nieuwe informatie presenteren, die op zijn beurt de reden zal worden voor een of ander commandosignaal. Het is ook vermeldenswaard de interne functionaliteit, waardoor de bedrijfsparameters van de processor zelf, controller, voeding, actuatoren en andere modules die binnen het besturingssysteem werken, worden geregeld.
Apparaatfabrikanten
De oorsprong van de creatie van microprocessor-apparaten waren Intel-ingenieurs die een hele reeks 8-bits microcontrollers uitbrachten op basis van het MCS-51-platform, die tegenwoordig nog steeds in sommige gebieden worden gebruikt. Ook gebruikten veel andere fabrikanten de x51-familie voor hun eigen projecten als onderdeel van de ontwikkeling van nieuwe generaties elektronica en microprocessortechnologie, waaronder binnenlandse ontwikkelingen zoals de single-chip computer K1816BE51.
Nadat Intel het segment van complexere processors betrad, maakte Intel plaats voor microcontrollers voor andere bedrijven, waaronder Analog Device en Atmel. Zilog, Microchip, NEC en anderen bieden een fundamenteel nieuwe kijk op microprocessorarchitectuur. Tegenwoordig kunnen in de context van de ontwikkeling van microprocessortechnologie de x51-, AVR- en PIC-lijnen als de meest succesvolle worden beschouwd. Als we het hebben over ontwikkelingstrends, dan is het tegenwoordig de eerstede plaats is vervangen door eisen voor uitbreiding van het scala aan interne controletaken, compactheid en een laag stroomverbruik. Met andere woorden, microcontrollers worden kleiner en slimmer in onderhoud, maar vergroten tegelijkertijd hun vermogenspotentieel.
Onderhoud van op microprocessors gebaseerde apparatuur
In overeenstemming met de regelgeving worden microprocessorsystemen onderhouden door teams van arbeiders onder leiding van een elektricien. De belangrijkste onderhoudstaken op dit gebied zijn onder meer:
- Repareren van storingen in het proces van systeemwerking en hun analyse om de oorzaken van de overtreding vast te stellen.
- Voorkom storingen aan apparaten en componenten door middel van toegewezen gepland onderhoud.
- Repareer apparaatstoringen door beschadigde onderdelen te repareren of ze te vervangen door vergelijkbare onderdelen die kunnen worden gerepareerd.
- Productie van tijdige reparatie van systeemcomponenten.
Direct onderhoud van microprocessortechnologie kan complex of klein zijn. In het eerste geval wordt een lijst van technische bewerkingen gecombineerd, ongeacht hun arbeidsintensiteit en complexiteitsniveau. Bij een kleinschalige aanpak ligt de nadruk op de individualisering van elke operatie, dat wil zeggen dat individuele reparatie- of onderhoudshandelingen worden uitgevoerd in een geïsoleerd formaat vanuit het oogpunt van de organisatie in overeenstemming met de technologische kaart. De nadelen van deze methode hangen samen met hoge workflowkosten, die binnen een grootschalig systeem misschien niet economisch verantwoord zijn. Aan de andere kant, kleinschalige serviceverbetert de kwaliteit van technische ondersteuning voor apparatuur, waardoor het risico van verdere storing en afzonderlijke componenten wordt geminimaliseerd.
Gebruik van microprocessortechnologie
Vóór de wijdverbreide introductie van microprocessors in verschillende sectoren van de industrie, de binnenlandse en de nationale economie, zijn er steeds minder belemmeringen. Dit is opnieuw te danken aan de optimalisatie van deze apparaten, hun kostenverlaging en de groeiende behoefte aan automatiseringselementen. Enkele van de meest voorkomende toepassingen voor deze apparaten zijn:
- Industrie. Microprocessors worden gebruikt bij werkbeheer, machinecoördinatie, besturingssystemen en het verzamelen van productieprestaties.
- Handel. Op dit gebied wordt de werking van microprocessortechnologie niet alleen geassocieerd met computerbewerkingen, maar ook met het onderhoud van logistieke modellen bij het beheer van goederen, voorraden en informatiestromen.
- Beveiligingssystemen. Elektronica in moderne beveiligings- en alarmcomplexen stelt hoge eisen aan automatisering en intelligente besturing, waardoor we microprocessors van nieuwe generaties kunnen leveren.
- Communicatie. Communicatietechnologieën kunnen natuurlijk niet zonder programmeerbare controllers die multiplexers, remote terminals en schakelcircuits bedienen.
Een paar woorden ter afsluiting
Een breed publiek van consumenten kan zich zelfs de huidige. niet helemaal voorstellenmogelijkheden van microprocessortechnologie, maar fabrikanten staan niet stil en overwegen al veelbelovende richtingen voor de ontwikkeling van deze producten. Zo wordt de regel van de computerindustrie nog steeds goed gehandhaafd, volgens welke elke twee jaar het aantal transistors in processorschakelingen zal afnemen. Maar moderne microprocessors kunnen niet alleen bogen op structurele optimalisatie. Experts voorspellen ook veel innovaties op het gebied van de organisatie van nieuwe circuits, die de technologische benadering van de ontwikkeling van processors zullen vergemakkelijken en hun basiskosten zullen verlagen.
